Fonctionnement d’une cellule photovoltaïque

Les besoins en énergie et en électricité peuvent être résolus grâce à la seule puissance du soleil. Cela est possible grâce à la cellule photovoltaïque. Mais comment fonctionne-t-elle exactement ? Quels types de cellules solaires existe-t-il ? Nous allons essayer de vous répondre de manière compréhensible à ces questions.

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Qu’est-ce que la cellule solaire ?

La cellule solaire est le plus petit composant d’un système photovoltaïque. Elle est responsable de la conversion l’énergie solaire en électricité. Elle est constituée en grande partie de sillicium connu par son caractère semi-conducteur d’énergie, qui lorsqu’il est exposée à la lumière du soleil, la convertie en électricité. Un cadre en aluminium entoure le module et un verre transparent protège les cellules. Plusieurs cellules solaires connectées en série ou en parallèle constituent les modules photovoltaïques capables de produire suffisamment de l’électricité pour les besoins électriques d’une maison. À noter que la cellule solaire est différente du capteur solaire qui utilise la lumière du soleil pour générer de la chaleur.   

Principe de la cellule photovoltaïque ?

Lors de la conversion d’énergie, deux éléments interagissent ensemble : le silicium pur, un composant du sable, qui constitue la cellule solaire et le rayon solaire qui contient des minuscules porteurs d’énergie appelés photons. Lorsque les photons dans la lumière de soleil frappent la cellule solaire, le silicium réagit et libère des électrons. Les électrons vont alors se déplacer et de l’électricité sous forme de courant continu est générée. Le courant continu généré par ces modules photovoltaïques est ensuite converti en courant alternatif à l’aide d’un onduleur. Le courant alternatif, à son tour, va être injecté dans le réseau électrique ou stocké temporairement dans un système de stockage solaire telle une batterie.

cellule photovoltaique

Cellule solaire : quelle efficacité et quel rendement ?

En connectant plusieurs modules solaires, la quantité et la puissance de l’énergie générée peuvent augmentée exponentiellement. Idéalement, l’efficacité d’un module solaire est de 100 %. Cette efficacité n’est pas possible dans la réalité, car une perte d’énergie est inévitable lorsque l’énergie solaire est convertie en électricité. L’efficacité des modules photovoltaïques n’est donc que de 45 % à 75 % dans des conditions optimales et selon le type de module.

Outre le pourcentage de rayonnement solaire que les modules solaires peuvent convertir en électricité, le rendement solaire dépend également de la qualité du matériau du module solaire, de l’angle de rayonnement, de la taille du module et de la température de la cellule. Ces conditions varient d’une région à une autre. En général, un module solaire peut produire environ 265 à 350 kWc (kilowatt-crête) d’électricité par 1 m². Autrement dit, des modules solaires d’une superficie de 6 mètres carrés peuvent générer environ 1 kWc.

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Les différents types de cellules photovoltaïques

À l’heure actuelle, il existe trois types de cellules photovoltaïques :

Les cellules en silicium monocristallin

Les cellules solaires monocristallines sont obtenues à partir de sable de quartz fondu à une température de 1500 degrés. Le résultat est un bloc de cristal de silicium pur sous forme de tige cylindrique. Ce bloc sera coupé en fines tranches appelées “wafers”, reconnaissables à leur couleur sombre et optiquement uniforme. Étant donné que ce type de cellule a une très forte proportion de silicium pur, son efficacité à convertir la lumière du soleil en électricité est relativement élevée (environ 18 à 24 %). En même temps, elle offre un meilleur rendement atteignant 24 % parfois. Cela dit, son processus de production est plus coûteux et le module revient cher.

Les  cellules en silicium polycristallin

Les cellules solaires polycristallines sont également obtenues à partir d’un bloc de silicium bien que ce dernier ne soit pas aussi pur. Tout d’abord, un coulé de bloc de silicium va se refroidir et se solidifier. Des cristaux de différentes structures et de différentes tailles vont alors se former, puis divisés en fines tranches pour constituer une cellule solaire polycristalline. Les panneaux solaires polycristallins sont facilement reconnaissables à leur couleur bleue et leur motif mosaïque. En raison des différentes tailles de cristaux plus ou moins grossiers, moins de lumière solaire est convertie en électricité. Résultat, son efficacité (environ 15 à 20 %) et son rendement (compris entre 14 % et 16 %) sont inférieures à ceux des panneaux solaires monocristallins.

Les cellules solaires à couche mince

Par rapport aux deux autres cellules solaires, ce type de cellule solaire dite amorphe est constitué de silicium mélangé à d’autres matériaux. Ils seront évaporés, puis pulvérisés en une couche très mince sur un matériau de support comme le verre. Avec sa faible épaisseur, ces modules à couche mince ont l’avantage d’être légers et flexibles. Ils peuvent même être enroulés, pliées et piétinés. Cependant, leur efficacité n’est que de 5 à 7 % et ils n’ont qu’un faible rendement d’environ 10 à 13 %. Avec l’arrivée des modules flexibles CIGS constitués de composants semi-conducteur, les cellules solaires à couches minces ont considérablement amélioré leur efficacité jusqu’ à 17 %.